Hi allerseits, ich entwickle gerade einen Hochsetzsteller mit folgenden Spezifikationen: Vin = 50 V Vout = 300 V L = 700 uH Cout = 470 uF Rout = 5 kOhm Nun soll ich eine analoge Regelung dafür implementieren, um die Ausgangsspannung konstant zu halten. In einigen Application notes bzw. in Literatur liest man, dass sich für einen Hochsetzsteller die "Stromregelung" (Current Mode Control) empfiehlt. Ich habe mir den PWM controller UC3843 ausgesucht und mir auch schon die dazugehörige Application Note angeguckt. Das Datenblatt zum PWM controller: http://www.onsemi.com/pub/Collateral/UC3842B-D.PDF Der Link zur Application Note: www.soloelectronica.net/PDF/AppNote03.pdf Womit ich Probleme habe, ist, den Regelkreis zu schließen und ein entsprechendes "Kompensationsnetzwerk" zu dimensionieren, um die Stabilität zu gewährleisten. Wie das Kompensationsnetzwerk auszusehen hat, ist in der Application Note beschrieben. Wie ich es dimensionieren muss, weiß ich leider nicht :( Was ich bisher gemacht habe: Ich habe mich an dem Buch "Fundamentals of Power Electronics" orientiert und die "Control-to-output Transfer Function" erstellt. Das BODE Diagram habe ich mal in den Anhang gepackt. Leider bin ich in Regelungstechnik nicht sehr bewandert und meine Kenntnisse hören bei den groben Grundlagen auf. Daher meine Frage an euch: Wie muss/kann ich das Kompensationsnetzwerk geeignet Dimensionieren, um keine Stabilitätsprobleme zu bekommen, wenn ich den Regelkreis schließe? Ich bedanke mich. Gruß
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> Wie ich es dimensionieren muss, weiß ich leider nicht :( Der Hersteller auch nicht, deswegen hat er dir diese Bauteile zum extern dranschrauben gelassen. Es liegt halt an gewissen Nebenwerten der Bauteile und der Last, was die beste Kompensation ergibt, daher sind die Werte nicht bekannt und nicht in der Theorie exakt berechenbar. Man verbaut also erst mal Schätzwerte und arbeitet sich dann durch Tests an eine möglichst gute Regeleigenschaft heran. Der COMP Filter soll Frequenzen oberhalb Schaltfrequenz/4 wegfiltern, und seinen Pol bei deinem Pol 300 rad/sec haben, 300 Hz, kann ich kaum glauben. Damit wird übrigens dein leidiger Steller ingesamt zum Regler, Hochsetzsteller, ich glaub mein Schwein pfeift, Stuhlhochsteller. +Vin _ +Vout --o-----------o-----------UUU---------o-->|---o----o----- | | | | | | + .----------. ||-+ | | ### | Vcc(7) | _ ||<- | | --- | Out(6)|------|___|----||-+ | | | .--|Ref(8) | _ | | | | | | CS(3)|----------o-|___|-o | | | | | Comp(1)|--o---. | | .-. | + | | | | | | | | | | ### | .-. | | .-. --- | | | | --- | | | | UC3843 | | | --- | .-. '-' | | | | | | | | | --- | | R5 | | | '-' | | '-' | --- | | .--o | | | | | | | | '-' | | | | o--|RC(4)FB(2)|--o---o---(-------(----' .-. | | | | GND(5) | | | | | | | --- '----------' | | | | | | --- | | | '-' | | | | | | | | --o--o--------o---------------o-------o-------o----o----- GND (Dieter Wiedmann) GND
Hallo! Ohne ESR und das L der Spule zu berücksichtigen hat die Übrtragungsfunktion wenig mit der Realität gemeinsam, was an der extrem hohen Güte des doppelpols zusehen ist. AUch die Nullstelle in der rechen Halbeben sieht man. Also deine Übertragungsfunktion ist Prinzipiell richtig. Was aber fehlt ist die Nullstelle in der linken Halbebene, welche durch den ESR gebildet wird, und die Phase anhebt und somit hilft. Interessant wäre noch zu wissen, welche Schaltfrequenz du willst, also ob der Wandler im CICM (kontinuierlich) oder DICM (lückender Strom) betrieben werden soll. Aufgrund der sehr geringen Leistung würde ich lückender Strom vorschlagen, also eine Frequenz <=70kHz. Vorteil ist, das der Fet nicht auf 300V einschalten muss sondern nur auf 50V, was viel Schaltverluste spart. (noch effizienter wäre ein Boundary Mode). Recovery der Diode gibts auch nicht. Das Dutycycle liegt über 50%, dies kann bei kontinuierlich Strom SHOs( Oszilationen) bewirken, wenn keine Rampenkompensation stattfindent. EIn Feauture, dass bei UC3842 nur mittels extra Transitor zu realisieren ist. Spricht auch für Lückbetreib. Hier hab ich die Übertragungsfunktion des Regler gepostet: Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!" (du kanst R3 und C3 weglassenm da du die Zweite Nullstelle nicht brauchst). Wenn du mir Schaltfrequenz, und ESR des Elkos nennest, kann ich dir alle Reglerparameter sagen. Grobe schätzung wenn 70kHz: Gain=15dB, Nullstelle bei 200Hz und Pol bei ca 20kHz. Macht bei 82k am Spannungsteiler ~400k am Feedbackwiderstand mit 2n für C1 (in Serien zum Feedbackwiderstand). Theoretische 39p für den Pol gegen Noise. 82k macht natürlich zu viel verlustem, besser wären paar 100k was zun unrealistischem hohem Feedbackwiderstand führt.... Wenn der Regler nicht so schnell wie es die Bauteile erlauben (470µ ist sehr groß) sein muss kann man die Verstärkung auch zurücknehmen. MFG
Hallo MaWin, sieh es mir bitte nach, aber ich bin sehr neu in der Materie und kenne DCDC Wandler sonst immer nur aus Büchern, in denen das Gatesignal bzw. die PWM ausm Hut herbeigezaubert wird. Deshalb kann ich überhaupt nicht abschätzen, wie ich das BODE Diagramm zu deuten habe. Es soll keinerlei Ausrede sein, viel mehr eine Bitte an dich, folgende Aussagen näher zu erläutern. MaWin schrieb: > Der COMP Filter soll Frequenzen oberhalb Schaltfrequenz/4 wegfiltern, > und seinen Pol bei deinem Pol 300 rad/sec haben, 300 Hz, kann ich kaum > glauben. > > Damit wird übrigens dein leidiger Steller ingesamt zum Regler, > Hochsetzsteller, ich glaub mein Schwein pfeift, Stuhlhochsteller. Die Schaltfrequenz habe ich erstmal auf 15 kHz gesetzt. Wie kommst du auf das Wegfiltern von Frequenzen oberhalb der Schaltfrequenz/4? Das BODE Diagram ist aus folgender Übertragungsfunktion entstanden, die ich aus dem o.g. Buch entnommen habe:
mit
Das ist die "Control to output Transfer function" wenn kleine Variationen am Eingang zu 0 gesetzt werden und die Übertragungsfunktion im Kleinsignalersatzschaltbild von der Pulsbreite zum Ausgang ermittelt wird. Dann gibt es auch noch die "Line to output Transfer function", selbes Prinzip, allerdings wird hier die Variation von der Pulsbreite zu 0 gesetzt und die Übertragungsfunktion vom Eingang zum Ausgang ermittelt. Wenn ich ganz ehrlich sein soll, weiß ich nicht, ob ich diese Übertragungsfunktion überhaupt benötige bzw. ob die alleine ausreicht. Soll heißen: Vielleicht ist das BODE Diagramm hier völlig fehl am Platz? Hallo Fralla, vielen Dank für deine Antwort. Die hilft mir schon mal weiter. Fralla schrieb: > Ohne ESR und das L der Spule zu berücksichtigen hat die > Übrtragungsfunktion wenig mit der Realität gemeinsam, was an der extrem > hohen Güte des doppelpols zusehen ist. AUch die Nullstelle in der rechen > Halbeben sieht man. Also deine Übertragungsfunktion ist Prinzipiell > richtig. Was aber fehlt ist die Nullstelle in der linken Halbebene, > welche durch den ESR gebildet wird, und die Phase anhebt und somit > hilft. Ja, die parasitären Einflüsse mindern die Güte natürlich und "dämpfen" das ganze System. Allerdings kenne ich den ESR der Spule nicht. Ich müsste mal denjenigen Fragen, der mir die Spule gegeben hat, ob er Angaben dazu hat. Das Problem ist: Der HSS ist bereits als Testplatine (von einem vorigen Diplomanden entwickelt) vorhanden und wurde mir quasi so in die Hand gedrückt :) Mehr als die o.g. Spezifikation habe ich nicht. > Interessant wäre noch zu wissen, welche Schaltfrequenz du willst, also > ob der Wandler im CICM (kontinuierlich) oder DICM (lückender Strom) > betrieben werden soll. Aufgrund der sehr geringen Leistung würde ich > lückender Strom vorschlagen, also eine Frequenz <=70kHz. Die Schaltfrequenz ist auch noch offen, aber die hatte ich erstma mit 15 kHz angedacht. Der Hochsetzsteller gilt als Eingangsstufe für einen transformatorlosen Wechselrichter, falls das irgendeine Relevanz haben sollte. Die niedrige Leistung soll erstmal zu Testzwecken dienen, um den PWM controller zum Laufen zu bekommen. Wenn die Regelung funktioniert, dann sollen ausgangsseitig 1000 V herrschen. > Das Dutycycle liegt über 50%, dies kann bei kontinuierlich Strom SHOs( > Oszilationen) bewirken, wenn keine Rampenkompensation stattfindent. EIn > Feauture, dass bei UC3842 nur mittels extra Transitor zu realisieren > ist. Spricht auch für Lückbetreib. Der HSS soll später mit einer Ausgangsspannung von 1000 V im kontinuierlichen Betrieb arbeiten, Strom ist also nicht lückend. Woher hast du die Information, dass man für die Rampenkomensation einen extra Transistor benötigt? Ich habe zwar schon einiges über Rampenkomensation in der Literatur gefunden und auch prinzipielle Formeln, bei welcher Kompensation das Problem behoben wird, aber nie einen extra Transistor im Blockdiagramm gesehen. Hast du dafür vielleicht einen geeigneten Link bzw. magst mir näher erklären, wie genau der Transistor einzusetzen ist? > Hier hab ich die Übertragungsfunktion des Regler gepostet: > Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!" > (du kanst R3 und C3 weglassenm da du die Zweite Nullstelle nicht > brauchst). Vielen Dank. Ich habe es erstmal überflogen und möchte gerne meinen Respekt äußern. Ich werde sicherlich noch eine Weile an den Formeln zu kauen und einige Frage diesbezüglich haben. > Wenn du mir Schaltfrequenz, und ESR des Elkos nennest, kann ich dir alle > Reglerparameter sagen. Ich habe den Schaltplan bzw. die Stückliste nicht. Ich weiß, dass die ELKOs noch mit Folienkondensatoren parallel geschaltet werden, um die hohen ESR/ESL in der AC Analyse "kurzzuschließen". Kann man nicht einen Schätzwert für den Anfang annehmen und dann, wenn die Schaltung aufgebaut wird, die Parameter entsprechend justieren? > Grobe schätzung wenn 70kHz: Gain=15dB, Nullstelle bei 200Hz und Pol bei > ca 20kHz. Macht bei 82k am Spannungsteiler ~400k am Feedbackwiderstand > mit 2n für C1 (in Serien zum Feedbackwiderstand). Theoretische 39p für > den Pol gegen Noise. 82k macht natürlich zu viel verlustem, besser wären > paar 100k was zun unrealistischem hohem Feedbackwiderstand führt.... > Wenn der Regler nicht so schnell wie es die Bauteile erlauben (470µ ist > sehr groß) sein muss kann man die Verstärkung auch zurücknehmen. Hast du die Parameter nach dem Verfahren in Beitrag "Verdammte Regelung eines 200W Buckwandlers!" ermittelt? Dort sprichst du die ganze Zeit von einem Filter. Der Buck converter hat seine Drossel ja am Ausgang und parallel zur Last noch einen Kondensator. Insofern nehme ich an, dass du das mit Filter meinst. Der Hochsetzsteller hat die Drossel ja im Eingangszweig. Dennoch sieht man im Bode Diagramm deutlich einen Doppelpol bei 300 rad/sek. Hmm, irgendwie erschließt sich mir die Sache noch nicht :/ Vor allem geht es mir um die Herleitung der Übertragungsfunktion des Reglers,
. Johannes E. hat zwar in seinem Post vom 25.10.2011 um 13:38 eine Herleitung gegeben, allerdings fehlt mir das "Schaltbild" dazu, um die Rechnungen nachvollziehen zu können :( Vielen Dank an dieser Stelle. Gruß
>Das ist die "Control to output Transfer function" wenn kleine >Variationen am Eingang zu 0 gesetzt werden und die Übertragungsfunktion >im Kleinsignalersatzschaltbild von der Pulsbreite zum Ausgang ermittelt >wird. Du sprichst von Current mode control. Da wird nicht das Dutycycle sonder der Strom mit dem Regler gesteuert (und damit indirekt das d). Dh es muss ein "Sense Widerstand", oder ein Verhältniss von Steuerspannung zu Strom in der Übertragungsfunktion Vorkommen. Da sieht die Sache etwas anders aus (einfacher aus). >Woher hast du die Information, dass man für die Rampenkomensation einen >extra Transistor benötigt? Transistor wird beim UC3845 benötigt. Damit dir die Rampe des Frequenzgenerators auf den Isense Eingang abgebildet. Steht aber im Datenblatt. >Dort sprichst du die ganze Zeit von einem Filter. >Der Hochsetzsteller hat die Drossel ja im Eingangszweig. Dennoch sieht >man im Bode Diagramm deutlich einen Doppelpol bei 300 rad/sek. Das mit dem LC "Filter" gilt nur für Buck in Voltage Mode. >Ich weiß, dass die ELKOs noch mit Folienkondensatoren parallel geschaltet >werden, um die hohen ESR/ESL in der AC Analyse "kurzzuschließen". Kann >man nicht einen Schätzwert für den Anfang annehmen und dann, wenn die >Schaltung aufgebaut wird, die Parameter entsprechend justieren? Kann man schon, aber der ungefähre ESR sollte bekantnt sein. Ob Folie oder Elko kann einen groben Unterschied machen. Nimm einfach Typische Werte. >Die niedrige Leistung soll erstmal zu Testzwecken dienen, um den >PWM controller zum Laufen zu bekommen. Denn Controller bekommt man sowieso schnell zu laufen, was simpleres gibts nicht. Allerdings wirst du einen extra OP-Amp zum Spannungsmessen brauchen. Leg den Regler gleich für die Bauteile aus, die dann auch verwendet werden. Alles andere ist unnötiger Aufwand. Der Pol liegtgleich woanders wenn die Last um viele Faktoren höher ist. Daher wären alle Daten(U,I,P,etc)Wandlers interesant um mehr zu sagen. 15kHz ist ja sehr wenig, selbst für IGBTs. Mit wenig Leistung kann man ja trotzdem beginnen. (Und wenns knallt, dann knallts eben -> Schutzbrille wegen der IGBT/Fet splitter, dann kan nichts passieren ;) MFG Fralla
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Moin Fralla, Fralla schrieb: > Du sprichst von Current mode control. Da wird nicht das Dutycycle sonder > der Strom mit dem Regler gesteuert (und damit indirekt das d). Dh es > muss ein "Sense Widerstand", oder ein Verhältniss von Steuerspannung zu > Strom in der Übertragungsfunktion Vorkommen. Da sieht die Sache etwas > anders aus (einfacher aus). Du hast recht. Ich habe die Übertragungsfunktion ohne den Shunt Widerstand aufgestellt. Ich werde den Strom mittels Shunt Widerstand im Schalterzweig messen. Dazu habe ich mal eine Skizze hochgeladen. Verstehe ich dich aber richtig: Anhand der neuen Schaltung (normaler HSS und Shunt Widerstand) werde ich das Kleinsignalmodell aufstellen. Ich frage mich nun, inwiefern sich die Übertragungsfunktion ändert. Du hast recht, ein direktes Dutycycle control gibt es nicht. Einen Komparator mit ner Sägezahnreferenz haben wir hier nicht und vergleichen stattdessen die Spannung übern Shunt Widerstand mit der rückgeführten Ausgangsspannung (natürlich über einen Spannungsteiler auf den Error Amplifier angepasst). Eine Übertragungsfunktion beschreibt erstmal das Verhalten vom Ausgang zum einem definierten Eingang. Ich frage mich nun, welchen Eingang wir beim Current Mode Control haben? Normal sieht die Control to output transfer function wie folgt aus:
Da wir hier den Strom regeln, muss ich also die Übertragungsfunktion auf den Strom beziehen?
Wenn du dem zustimmst, dann werde ich mal das Kleinsignalmodell mit dem Shunt Widerstand anpassen und versuchen
zu konstruieren. > Transistor wird beim UC3845 benötigt. Damit dir die Rampe des > Frequenzgenerators auf den Isense Eingang abgebildet. Steht aber im > Datenblatt. Stimmt, jetzt sehe ich den Transistor auch. In dem o.g. Link für das Datenblatts des UC3843 ist auf Seite 15 in der Slope Compensation Abbildung ein Transistor eingezeichnet. > Kann man schon, aber der ungefähre ESR sollte bekantnt sein. Ob Folie > oder Elko kann einen groben Unterschied machen. Nimm einfach Typische > Werte. Okay, ich werde mich mal schlau machen, was typische Werte sein könnten und sie dann hier posten. > Denn Controller bekommt man sowieso schnell zu laufen, was simpleres > gibts nicht. haha, du siehst doch wie schwer ich mich tue :D Bzw. wenn die Parameter erstmal einigermaßen dimensioniert sind, ist der Rest wohl wirklich kein Problem mehr. > Allerdings wirst du einen extra OP-Amp zum Spannungsmessen > brauchen. Leg den Regler gleich für die Bauteile aus, die dann auch > verwendet werden. Die Bauteile sind fix, sowohl was die Induktivität als auch den die Ausgangskapazität angeht. > Alles andere ist unnötiger Aufwand. Der Pol > liegtgleich woanders wenn die Last um viele Faktoren höher ist. Daher > wären alle Daten(U,I,P,etc)Wandlers interesant um mehr zu sagen. Nennbetrieb sind 17 kW und 1000 V Ausgangsspannung. > 15kHz > ist ja sehr wenig, selbst für IGBTs. Mit wenig Leistung kann man ja > trotzdem beginnen. (Und wenns knallt, dann knallts eben -> Schutzbrille > wegen der IGBT/Fet splitter, dann kan nichts passieren ;) Welche Frequenz wäre für einen Hochsetzsteller im Leistungsbereich von 17 kW angemessen? Ich habe die Frequenz erstmal nur aus dem Bauch heraus auf 15 kHz dimensioniert, weil ich es nicht besser wusste :D Aber wenn du mir die Frage zu
beantworten könntest, wäre ich schon ein ganzes Stück weiter. Gruß
> Mehr als die o.g. Spezifikation habe ich nicht. Du kannst aber das Verhalten messen. Oder ist es an eurer theorielastigen Hochschule verpönt mal schmutzige Messgerätestrippen anzufassen ? > dann sollen ausgangsseitig 1000 V herrschen. Vergiss es, da kannst du gleich wieder von vorne anfangen. Neues Übersetzungsverhältnis bedeutet neue Bauteile und damit neue Nebenwerte und damit neue Auslegung der ganzen Regelschleife. Bei einem Übersetzungsverhältnis von 20:1 ist sowieso die Auslegung als Drossel zweifelhaft, ein Trafo wäre sicherlich angemessener. Du kannst die "Vorarbeit" gleich in die Tonne kloppen. Lies noch etwas: "Switchmode Power Supply Handbook", Billings, McGraw Hill, 0070067198 "Switching Power Supply Design", Pressman, McGraw Hill, 0070522367 "Power Electronics Converters, Applications & Designs", Mohan/Underland/Robbins, Wiley
Ich glaube, ich habe mich unglücklich ausgedrückt. Die finale Version des Hochsetzstellers soll bei einer variablen Eingangsspannung eine Ausgangsspannung von 1000 V im Nennbetrieb liefern. Die Nennleistung beträgt 17 kW. Die Drossel beträgt dafür 700 uH. Die Ausgangskapazität 470 uF. Meine erste Aufgabe für diesen HSS ist es, die Stromregelung zu realisieren. Diesbezüglich wurde mir geraten, erstmal bei kleinerer Leistung herumzuprobieren und passende Werte für den geschlossenen Regelkreis zu finden. In Verbindung damit wurden dann 50 V am Eingang und 300 V am Ausgang vorgeschlagen. MaWin, scheinbar kennst du dich ebenfalls gut in der Materie aus und bringst viel Erfahrung mit. Das ist toll. Aber deine Beiträge bringen mich kein Stück weiter. Wenn ich das Problem zu ungenau beschreibe, weise mich bitte darauf hin - so wie es Fralla tut. Wenn ich Sachen unterschlagen sollte, lass es mich wissen und ich werde mich bemühen, die fehlenden Informationen nachzureichen. Wenn ich irgendwo einen Denkfehler habe, nenn ihn mir und gib mir Tipps um wieder auf die richtige Bahn zu kommen. Offensichtlich hast du noch nicht realisiert, dass ich neu in der Materie bin und einige Sachen noch nicht so schnell "raff", wie es andere tun. Wenn du mir also wirklich helfen möchtest, dann bedenke bei deinen Posts bitte, dass ich euch nicht ärgern möchte, sondern lediglich aufgrund der Unwissenheit Unterstützung suche. Geduld und Ausdauer deinerseits würde ich demnach sehr zu schätzen wissen und hoffe, dass deine nächsten Beiträge besser werden. Freundliche Grüße und vielen Dank
> Wenn ich das Problem zu ungenau beschreibe Tust du. Du schreibst: "Ausgangsspannung von 1000 V im Nennbetrieb liefern. Die Nennleistung beträgt 17 kW. Die Drossel beträgt dafür 700 uH. Die Ausgangskapazität 470 uF." und im ersten Beitrag: "Vin = 50 V Vout = 300 V L = 700 uH Cout = 470 uF Rout = 5 kOhm" Glaubst du wirklich, daß der 1kV/17kW Wandler dieselbe Induktivität und Kapazität verwendet wie dein 300V/18W Wandler ? Sicher nicht. Also gehen wir vom 300V/18W Wandler aus. Da komme ich auch nicht auf deine 700uH bei 15kHz. Schmidt-Walter schlägt 20mH vor, aber Fralla empfiehlt begründet den lückenden Betrieb, bei dem ich auf 3mH komme. Mit 700uH käme man auf unnötige 1.69A Strom. 15kHz kann man durchaus erhöhen, Frallas 70kHz Vorschlag ergibt interessanterweise 700uH. Irgendwas stimmt also entweder bei deinen Berechnungen nicht oder bei deinen hier gemachten angeblichen Angaben, daher die Literaturangaben zum Nachrechnen und nachschlagen. Wenn du aber jetzt mit dem Sprung von 18W auf 17kW kommst, und dann noch glaubst daß deine Berechnungen zum Kompensationsnetzwerk da irgendeine Relevanz haben, dann liegt das Problem viel tiefer. Mach dir mal klar, was 17kW sind: Wenn dein 17kW Konverter 90% Wirkungsgrad hat, hast du immerhin 1700 Watt Verluste. Reden wird nicht drüber. 99% Wirkungsgrad wären immer noch 170 Watt, aber 99% wirst du nicht schaffen. Du kannst dir, durchaus mit deinen aktuellen theoretischen Kenntnissen, mal zurechtlegen, welche Verluste du akzeptieren kannst. Sagen wir 1% in der Drosselspule davon idealerweise 0.5 im Drahtwiderstand bei 100A von 8 Milliohm und 0.5 in den Ummagnetsierungsverlusten, 1% im Schalttransistor bei 100A davon 0.5 im Einschaltwiderstand von ebenso ungefähr 8 Milliohm und 0.5 im Umschaltmoment, 0.1% in der Diode am Ausgang. Wenn du nur 1% reflektierte Energie bekommst auf Grund Streuinduktivität und Fehlanpassung, dann hast du im Snubber 170 Watt zu verheizen. Wie willst du alleine eine 100uH/100A Spule wickeln, hast du mal gesucht welche Elkos 100A Umladestrom aushalten ? Es gibt viele Argumente die zeigen daß es so nicht sinnvoll geht und eher für ein Multiphase-Konzept sprechen würden von 5 Phasen mit 5 Transistoren a 20A und 5 Spulen, und damit deine komplette bisherige Schaltung über den Haufwen werfen, mit allen Details. Natürlich ist es trotzdem ein schönes Übungsstück, einen 50V->300V/18W Step Up Wandler mit einem UC3843 aufzubauen und dabei die Regelschleife optimal auszulegen. Die Formeln für den ersten Versuch der Bauteile Rf und Cf stehen im Datenblatt, aber man passt sie danach noch an in dem man das Regelverhalten auf wiederholte Lastsprünge mit dem Oszilloskop beobachtet und auf schnelles Ausregeln ohne Überschwinger optimiert.
MaWin hat recht. Der kleine Regler hat mit Sicherheit eine andere Topologie als man für den "endgültigen" 17kW Wandler wählen würde, ganz abgesehen vom Verhalten des Regelkreises. Zum Üben wie das ganze abläuft finde ich es trotzdem einen guten Anfang (17 kW als erste LE-Schaltung. wtf?). Was MaWin vorgeschlagen hat mit dem setzen der Werte und dann ausprobieren mit Oszi ist das geläufigst4 in der Praxis wenn es um schnelle Ergebnisse geht (Alternativ falls vorhanden: in Spice ein Modell durchprobieren). Wenn du allerdings Zeit hast würde ich den Ansatz mit dem Aufstellen der Übertragungsfunktion und dem Lernen der Regelungstechnikansätze weiterverfolgen. Dann verstht man später auch, für was die Kompensationsnetzwerke gut sind.
Hi MaWin, MaWin schrieb: >> Wenn ich das Problem zu ungenau beschreibe > > Tust du. Das tut mir Leid. Dann weiß ich schon mal, was ich an meinen Beiträgen verbessern kann/muss. > "Ausgangsspannung von 1000 V im Nennbetrieb liefern. Die Nennleistung > beträgt 17 kW. Die Drossel beträgt dafür 700 uH. Die Ausgangskapazität > 470 uF." > > und im ersten Beitrag: > > "Vin = 50 V > Vout = 300 V > L = 700 uH > Cout = 470 uF > Rout = 5 kOhm" > > Glaubst du wirklich, daß der 1kV/17kW Wandler dieselbe Induktivität und > Kapazität verwendet wie dein 300V/18W Wandler ? Nein, das glaube ich nicht. Ich habe jedoch angenommen, dass ich den 1kV/17kW Wandler samt seinen Parametern für die Induktivität und Kapazität verwenden und mich mit der Stromregelung bei niedriger Leistung, sprich 300V/18W vertraut machen kann. Wenn ich dann weiß, wie man das Kompensationsnetzwerk etc. dimensioniert und den Regelkreis schließt, werde ich das ganze auf die Nennleistung anpassen. Bis jetzt fühle ich mich wie ein Affe, der ahnungslos irgendwelche Werte für's Kompensationsnetzwerk sucht und dabei mit geschlossenen Augen in die Bastelkiste greift - ohne Anhaltspunkt, wie man an die Problemstellung rangeht und wie man gute Anfangsparameter schätzen kann, die dann im Test angepasst werden. Ich habe Bauchweh, den Regelkreis des Hochsetzstellers mit einem SiC JFET bei Nennleistung zu durch "Try and Error" zum Laufen zu bringen. > Natürlich ist es trotzdem ein schönes Übungsstück, einen 50V->300V/18W > Step Up Wandler mit einem UC3843 aufzubauen und dabei die Regelschleife > optimal auszulegen. Die Formeln für den ersten Versuch der Bauteile Rf > und Cf stehen im Datenblatt, aber man passt sie danach noch an in dem > man das Regelverhalten auf wiederholte Lastsprünge mit dem Oszilloskop > beobachtet und auf schnelles Ausregeln ohne Überschwinger optimiert. Es ist nicht meine Intention, die Regelschleife optimal auszulegen. Mir reichen natürlich erste "Schätzwerte", an denen ich mich orientieren und dann anschließend im Test an das Regelverhalten anpassen kann. Das Problem ist aber: Mir fehlt die Erfahrung, diese Werte zu schätzen. Nehme ich 1kOhm, 5kOhm, 20MOhm, 5nF, 70nF, 300nF? Hier sind wir wieder bei dem Punkt mit dem Affen, der blind in die Bastelkiste greift. > Die Formeln für den ersten Versuch der Bauteile Rf > und Cf stehen im Datenblatt Im o.g. Datenblatt gibt es eine Formel für Rf(min), das stimmt. Eine Formel für Cf sehe ich nicht. Vielleicht bin ich blind oder verwenden wir unterschiedliche Datenblätter? Schaut man sich darüber hinaus das Bild 33 auf Seite 15 an, ist das Kompensationsnetzwerk wesentlich umfangreicher. Die "simple" Rf/Cf Variante scheint nämlich nicht für Hochsetzsteller zu gelten. Für einen Hochsetzsteller gibt es Rp,Cp, Ri,Rd, Cf, Rf. Gruß
Hi dani swss, dani swss schrieb: > MaWin hat recht. Der kleine Regler hat mit Sicherheit eine andere > Topologie als man für den "endgültigen" 17kW Wandler wählen würde, ganz > abgesehen vom Verhalten des Regelkreises. > Zum Üben wie das ganze abläuft finde ich es trotzdem einen guten Anfang > (17 kW als erste LE-Schaltung. wtf?). > Was MaWin vorgeschlagen hat mit dem setzen der Werte und dann > ausprobieren mit Oszi ist das geläufigst4 in der Praxis wenn es um > schnelle Ergebnisse geht (Alternativ falls vorhanden: in Spice ein > Modell durchprobieren). > Wenn du allerdings Zeit hast würde ich den Ansatz mit dem Aufstellen der > Übertragungsfunktion und dem Lernen der Regelungstechnikansätze > weiterverfolgen. Dann verstht man später auch, für was die > Kompensationsnetzwerke gut sind. auch dir danke. Dass ich die Übertragungsfunktion aufgestellt habe etc, hat mir Kopfschmerzen bereitet und der "pragmatische" Ansatz mit geeigneten Schätzwerten und durch Messungen anpassen sagt mir sehr zu. Nur werde ich aus dem Datenblatt nicht schlau, geeignete Parameter zu finden. Das Datenblatt ist oben verlinkt. Wahrscheinlich übersehe ich etwas, aber mir würde es schon helfen, wenn ihr mir zeigt, wo es steht, denn ich sehe es einfach nicht. Gruß
Kleiner Nachtrag: Ich bin mit den Übertragungsfunktionen lediglich angekommen, weil ich dachte, dass man so die Parameter für die nötigen Pol- bzw. Nullstellen erhält. Ist dieses bekannt, kann man dann das im Datenblatt abgebildete Kompensationsnetzwerk anwenden und die Parameter entsprechend des zuvor erstellten BODE Diagramms bekommen. Wenn das lediglich die "theoretische" Annäherung ist und ich sie als absolut dargestellt habe, so entschuldige ich mich. Ich bin für einfachere Varianten offen und würde gerne die "praktische" Variante lernen. Ich hoffe, dass ich euch nicht verscheucht habe und würde mich sehr über eure Hilfsbereitschaft freuen. Danke und Gruß
Schau mal hier. Vlt hilft dir das für das "Grobe" Verständnis: http://www.intersil.com/data/tb/tb417.pdf
Hi dani swss, dani swss schrieb: > Schau mal hier. Vlt hilft dir das für das "Grobe" Verständnis: > > http://www.intersil.com/data/tb/tb417.pdf danke. Das ist ein sehr schöner Bericht und gibt gute Einblicke in das grobe Verständnis. Aber jetzt muss ich mal einen ganz blöden Einwand bringen: In dem Link wird die ganze Zeit auf das BODE Diagramm eingegangen und wie das Kompensationsnetzwerk Instabilitäten entgegenwirkt. Um also zu wissen, wie man das Kompensationsnetzwerk auslegt, muss man erstmal das BODE Diagramm des eigenen Konverters kennen. Und genau das habe ich im Eingangspost versucht. Jetzt verstehe ich nur mich nicht mehr, sondern euch auch nicht :D Gruß
Push :D Ich würde nach wie vor gerne wissen, wie man die Parameter für das Kompensationsnetzwerk abschätzen kann bzw. wie ich das Datenblatt zu deuten habe - auch nach erneutem Durchlesen der App Note bin ich nicht wirklich weiter :( Danke
Hallo beginner und alle anderen! Wie schon viele gesagt haben ist es Sinnlos mit so geringer Liestung die Regelung zu dimmensioneren. Denn ist der Regler für CCM richtig dimmensioniert, dann ist er bei wenig Last, also DICM mit absoluter sicherheit Stabil, nur langsamer. >Mir fehlt die Erfahrung, diese Werte zu schätzen. Nehme ich 1kOhm, >5kOhm, 20MOhm, 5nF, 70nF, 300nF? In erster Näherung ist ein Boostwandler in CM geregelt wie ein Buck auch nur ein Filter, sogar ohne Doppelpol, daher mit einem einfachen Lead-Glied mit Integrator (PI-Regler mit Pol gegen Noise) zu regeln. Allerdings mit dem Pol bei wp = 2/(Rload*Cout) Eine helfende ESR Nullstelle bei wz = 1/(Cout*ESR) Die Verstärkung liegt bei Rload*Vin/(2*Rsense*Vout) Üebertragungsfunktion berechnet. Wie das geht haben Cuk und Middlebrook 1977 schön erklärt (siehe Anhang). Es gibt einen hochfrequenten Doppelpol welcher das SHO peaking beschreibt, ist aber hier nicht relevant. 30% Rampenkompensation dann passt das. Dieses einfache Filter mit Pol bei 11,Hz und einer Verstärkung von +57dB muss man dann mittels PI Regelen, Das brauch ich wohl nicht näher ausführen. Die Nullstelle des PI Regler lege ich auf 110Hz (warum? Weil das dann immer passt, ist meine Erfahrung und ich regle niemals mit Try and Error, wär mir zu blöd) Unter Annahme eins Spnnungsteilers von 820k/2k ist der Feedbackwiderstand (in der Intersil Appnote R2) 25k. Der Kondensator C2=39n. Ein Pol gegen Noise bei fsw/2 macht für C1=1n2. Das gilt für einen Shuntwiderstand von 8m3 (unter 1V bei Vollast für Regeldynamik). Es ist zu beachten, das der UC3845 denn Wert am COMP Pin (Ausgang des Reglers) durch 3 Teilt. Wichtig, eine Rampe von grob 300mV mittels Transistor auf den Sense Eingang abbilden, sonst wird der Konverter zu 100% Instabil! Jetzt hab ich mit ein paar Zeilem algebra den Regler dimmensioniert. Finds immer wieder lustig wie "Erfahrene" Entwickler mittels "herumprobieren" Regler in SMPS dimmensionieren. Aber bei hohen Leistungen und digitaler Regelung ist dann er vorbei damit;) Wenn die restliche Hardware stimmt, ist der Wandler mit diesem Regler mit Sicherheit stabil. Denn Gain kann mann noch hoschrauben, während man die Lastsprünge beochbachtet. Dann vl die Nullstelle einen Tick höher.... Wird er dabei instabil, sollte nicht viel passieren wenn das kritische Stromsensen passt. Ok, die Elko können Platzen, schon gehabt als ich mich in der Firmware des DSP vertippt habe..... Darauf kommt man wenn man mittels Zustandsraummittelung die >um keine Stabilitätsprobleme zu bekommen, wenn ich den Regelkreis schließe? Die Regelung wird das gerungste Problem sein. Dass die Bauteile so vorgegeben sind ist merkwürdung. EIn komische herangegehnsweise. Jfet? Lustig zu steuern. Und dann nur 15kHz? Der Kondensator wird so 35A RMS aushalten müssen. Ich würde Folie mit ca 80µ nemen, macht 10V Rippler, was eine Inverter nicht stört. Mehrphasig ist natürlich einfacher, aber es ist mehr Herausforderung mit dem hohen Strom umzugehen. Die Eingangsspannung ist hoffentlich nicht 50V. Ich hab schon ein paar Leistungsstarke Wandler (bis 3stellige kW) entwicklet, welche auf eine Zwischenkreisspannung hochboosten. Da hatte eine Phase 23kW und diese wurde schon mit 40kHz getaktet (IGBTs). EInen eifachen UC3845 zu nehmen geht theoretisch, ist aber unsicher. Es gehören einfach ein paar Sicherheitsysteme dazu, wie ein Over/Undervoltage Lockout, Stromlimit/Powerlimit. Ja über die 1V Sensespannung (was zu Stromwandler zwingt man will ja keine 50W verbraten) kann man Cycle-per-Cycle begrenzen (das wesen der Current Mode Regelung) allerdings nicht Lastabhängig. Reiner Current Mode ist bei hohen Leistungen auch schwierig, da der Strom recht genau und noiseunempfindlich gemessen werden muss. Ich habe meine Wandler in Voltage-Mode geregelt (mit Peak limit und Entsättigungerkennung), den großen Mehrphasigen mittels Kaskadenregelung . Da hatte jede Phase seinen eigenen schnellen Stromregler und darüber wurde ein Spannungsregler(diesem war wiederum ein Powerregler überlagert) überlagert. So man khat Kontrolle über die Phasenströme, ist Noiseunempfindlich und kann Limits besser kontrollieren. Aber für ein reines Studienprojekt, auch mit einem UC3854 möglich. Puh, ein langr Post... MFG Fralla
Achso, ich hab mit Vin=200 gerechnt. 50V ist ja Unsinnig für 1000V, dann müsste eine andere Topologie her (diese muss keinesfalls einen Trafo/Übertrager beinhalten) MFG
Hallo Fralla, Der TO hatte doch geschrieben, dass er das ganze als "Übung" ansieht, um sich dann später für die eigentliche Aufgabe zu qualifizieren.
@ Fralla: Finde es immer wieder interessant, dein Ausführeungn zu lesen. Hast du zufällig erfahrung im Dimensionieren mit Matlab? Ich bin relativ frisch von der FH un dimensioniere meine SNT bisher indem ich sie in Simulink "theoretisch" mit Modellen simuliere und das ganze dann in LTSpice überprüfe. Gibts es vlt ein Programm, wo man beides kombinieren kann?
Hallo dani! Ja schon, die paar mA Laststrom. Doch von der Eingangsspannung bei 1000V AUsgangsspannung steht nichts. Oder vielleicht hab ich es überlesen? >Hast du zufällig Erfahrung im Dimensionieren mit Matlab? Ja ich verwende sehr viel Matlab und Simulik(SimPowerSystems). >Gibts es vlt ein Programm, wo man beides kombinieren kann? Ja, Matlab und Simulink. In der Matlab umgebung den Regler berechnen und in Simulink auf die Paramter zugreifen. Es gibt in der Hilfe ein einfaches Beispiel wo ein DC_Motor geregelt wird. Bei den Wandler ists nicht anders. Man kann das Model simulieren und dann weitergehn und denn getakteten Wandler in Simulink bauen. >dimensioniere meine SNT bisher indem ich sie in Simulink "theoretisch" >mit Modellen simuliere und das ganze dann in LTSpice überprüfe. Passt schon so. Aber im den OP-Amp beachten, bzw richtig mitsimulieren. Hatte mal den Fall, das bei einem hchfrequenten Wandler die Simulation eine wunderbare ausregelung zeigte, in der Realität furchbares Überschwingen, grund war das der OP-AMp völlig ungeeignet war und dessen Pol schon zuviel Phasenresere stahl. Hab durch Fehler schon einige IGBT-Module aufgeplatzt und Lehrgeld zahlen müssen, wo ich dachte meine Berechungen waren genauer als die Realität.... War dann doch nicht so ;) MFG Fralla
Fralla schrieb: > SimPowerSystems Das hab ich mir auch mal kurz angesehen. Ist aber eher für Motoranwendungen oder? Also OpAmps, PWM Controller, Trafos etc für kleine Leistungen werd ich da nicht finden oder? Aber mein Abteilungsleiter sieht das sowieso nicht so gern, dass ich alles mit Matlab mach.
>Hab durch Fehler schon einige IGBT-Module aufgeplatzt und Lehrgeld >zahlen müssen, wo ich dachte meine Berechungen waren genauer als die >Realität.... War dann doch nicht so ;) Das ist ja eine geile Aussage, Berechnungen die genauer als die Realität sind, herrlich! Ob es soetwas gibt?
Fralla, ich ziehe meinen Hut. Ich werde deinen Beitrag noch mal in Ruhe verdauen. Ich habe die Ausgangskondensatoren noch mal unter die Lupe genommen. Es sind zwei mal vier ELKOS (400 VDC, 560uF, 190mOhm ESR) in Reihe geschaltet und diese beiden Reihenschaltungen dann wiederrum parallel. Ergibt bei mir 280 uF im Ersatzschaltbild. Ich weiß auch nicht, wie ich auf die 470 uF kam - wohl eine sehr schlechte Annahme. Die Schaltfrequenz beträgt tatsächlich nur 16 kHz. Fragt mich bitte nicht wieso. Ich werde das ganze noch mal verdauen müssen. Trotzdem aber vielen Dank und freundlichen Gruß
Hi! >Es sind zwei mal vier ELKOS (400 VDC, 560uF, 190mOhm ESR) in Reihe >geschaltet und diese beiden Reihenschaltungen dann wiederrum parallel Einer dieser Elkos wird 3A, maximal 5A (wenn Al-Elko) RMS Rippelstrom aushalten, beide Stränge zusammen keinesfalls 35A. Da muss also noch Folie her. Aber auch nicht zu klein, sonst fließt der Strom trotzdem durch die Elkos. Die Elkoanordnung alleine hätte 380mOhm (wenn Kaltspart mehrfach höher -> kann Problem für Regler sein). Macht bei denn 100A Pulsen (wenn Uin<200V noch viel höher) welche die Diode in die Elkos schießt, satte 38V Ripplespannung nur durch den ESR Spannungsabfall.... Wenn wirklich viel Kapazität gefordert ist (für Holdup, usw) kann man Elkos auch den Folienkondensatoren parallelschalten. Alldings muss man mit einer Drossel den Rippel vom Elko fernhalten... Ich würde dir unbedingt zu Folie (Polypropylen) raten. Gibt sehr viel Auswahl im Inverterbereich. Braucht man nicht in Serie schalten, gibt für jeden DC-Link das passende. Da steckt einer die 35A RMS Ripple ohne Probleme weg bei 1m bis 3mOhm ESR und 40nH ESL. MFG Fralla
@ Fralla Wieviel Jahre BE hast du und wie alt bist du? Viele Grüße, Ingo
Fralla schrieb: > Wenn wirklich viel Kapazität gefordert ist (für Holdup, usw) kann man > Elkos auch den Folienkondensatoren parallelschalten. Alldings muss man > mit einer Drossel den Rippel vom Elko fernhalten... > Endlich weiß ich warum die Elkos alle eingebaute Induktivitäten haben. Wunderte mich schon, warum die immer so aufgewickelt sind anstatt stirnseitig kontaktiert wie andere Kondensatortypen. > Ich würde dir unbedingt zu Folie (Polypropylen) raten. Gibt sehr viel > Auswahl im Inverterbereich. Braucht man nicht in Serie schalten, gibt > für jeden DC-Link das passende. Da steckt einer die 35A RMS Ripple ohne > Probleme weg bei 1m bis 3mOhm ESR und 40nH ESL. > Auf welchen Typ bezieht sich das?
>Endlich weiß ich warum die Elkos alle eingebaute Induktivitäten haben.
Also ob die etwas gegen Ripple bewirken würden...
Ja Sepp, schön das du nichts verstanden hast. Der Kerko/Folie bewirkt bei höheren Frequenzen einen Nebenschluß zum Elko.
Nicht bei 15kHz, deshalb die externe Drossel...
Die 15KHz haben natürlich keine Oberwellen. Du betreibst einen Sinus-Wandler?? jaja. Thema erledigt.
Ob der Ripple durch den Elko oder der ESL Block hängt nur von der Verhältnissen ab. Wenn ein 60A fressender Folienkondensator mit nur zb 80µ am Ausgang hängt wird trotzdem gefährlich viel Strom durch einen hart parallelgeschalteten Elko fließen wenn der 470µF hat und selbst bei einem unrealistischen ESL von 1µH. Oberwellen hin oder her (in diesem Beispiel). Soll heisen, dass man überhaupt nicht pauschalisieren kann ob der ESL ausreichend Blockt oder nicht. Bei solch Kombinationen muss man wirklich aufpassen, wer den Ripple abkriegt. Besonders wenn dan je nach Schienenanordung der eine Kondensator mehr frisst, oder durch naheliegende Busbars der Strom verdrängt wird und alles an einem hängen bleibt.... MFG
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